本发明涉及环境保护与资源综合利用的技术领域，尤其是涉及一种高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化净化工艺。
背景技术：
电解质液包括高含盐水(如na 、k 、cl－、so42－及含重金属离子等)、苦咸水、富营养化湖泊和处理后的城市污水等，特点是含有大量的无机、有机的可溶性离子，尤其是各工业园区循环水、湖泊苦咸水、排放到指定范围的污水或含电解质液以及工业生产中利用反渗透技术在生产去离子水时排放的大量含盐废水。这些高浓度电解质液及污水的处理一直是环境保护及资源利用的重要研究方向。
随着电解质液及污水的处理技术的不断进步，物理、化学方法处理电解质液及污水的方法逐渐被生物处理法所取代。生物处理法中最突出的是微生物处理法。在北方地区，由于气候多处于寒冷条件下，酶、菌等微生物的活性大受影响，使微生物处理高浓度电解质液或污水的效果不佳；长期处于低温环境，对设备运转和温度控制的要求更高，因此需要更高的成本投入；长期此类废水的难处理，造成大量的废水堆积，进而形成了新的环境污染，例如高原、湖泊由于大量盐的累积导致环境ph值居高不下，生态环境遭到严重退化。
众所周知，冷冻过程能够促进盐或者电解质与水的分离，部分地区使用冷冻方法对含盐、含电解质水进行淡化，但是，仅仅通过冷冻结冰过程的净化效果尚且差强人意，需要与其他方法进行配合，例如：离心法、冻融法、洗涤法、挤压法、反渗透法、蒸馏法等，并且为了实现冷冻过程，还需要准备相关的大型设备，成本投入居高不下，净化效果不甚理想。若能够优化冷冻净水的工艺及效果，降低资金、人工、设备的投入，将具有显著的实践价值及推广意义，能够缓解北方废水处理的难题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化净化工艺，利用北方的低温气候，通过合理的冷冻净化工艺，实现高浓度电解质液或污水的净化。该工艺对原水的水质要求粗泛，适用面广，水质净化效果理想，且投入成本低，具有实践价值及推广意义。
本发明的上述发明目的，通过以下技术方案实现：
一种高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化净化工艺，包括以下步骤：
(1)向高浓度电解液或污水中按固液比0.05～0.5g/t加入引导剂，所述引导剂为硅酸盐；
(2)当经过步骤(1)处理的高浓度电解液或污水的液面在自然条件下冻结为连续的冰层时，将冰面下的液态高浓度电解液或污水抽出覆于冰面，自然条件下静置冷冻；
(3)重复步骤(2)，至冰层下剩余的液态高浓度电解液或污水为总量的5％～25％，将浓缩溶液排走；
(4)收集结冻的冰层融化水，即为净化所得的水。
通过采用上述技术方案，利用高纬度地区长期低温的自然条件，高浓度电解质液或污水在此条件下可以冷冻结冰；利用水与溶质不共晶的原理，使得水溶液结晶成冰时溶液浓缩回流，最后回到冰面以下形成浓缩溶液，从而达到将高浓度电解质液或污水的盐度浓缩的目的；通过人为干预，在冰面上覆水来避免冰对冷的隔绝，促进冻结的过程，加速排盐，提高净化效率，增加了工艺处理水的能力；同时还通过对工艺过程的优化，在冻结过程中向高浓度电解质液或污水中添加引导剂，促进杂质的分离，有效提高净化效果，获得较为纯净的淡水冰；对于净化的原水的水质要求广泛，适用面广；由上述步骤可知，该淡化工艺中并未用到大型机器设备，也不需要大量的人力投入，故该淡化工艺的资金、人工和设备的投入较少，投入成本低；经过上述工艺，可实现任何电解质液体及污水中的溶质浓缩分离，对原水的水质要求低，可以大量生产淡水，对污水中颗粒物有浓缩絮凝效果，而且克服了反渗透等法处理高盐水时结垢的风险；利用本法还可用于固定区域的池塘、苦咸水湖及污染湖泊淡化净化。淡化后的冰融化可作为淡水源，同时可以做成流冰状用于供冷。
作为进一步的优选方案：所述淡水净化工艺在冰面上反复覆水成冰，进行淡水冰与浓缩溶液的分离。
通过采用上述技术方案，通过液态高浓度电解液或污水的反复冷冻结冰，不断从液态高浓度电解液或污水中析出淡水冰，浓缩溶液的浓度不断上升，体积不断减小，析出的淡水冰的体积不断增加，从而对液态高浓度电解液或污水进行淡化。
作为进一步的优选方案：所述步骤(2)中，从冰面下抽取的液态高浓度电解液或污水按水中每100克cod加入氧当量20克氧化剂，如臭氧或双氧水后覆于冰面。
通过采用上述技术方案，结冰可以排出污染物，氧化剂可以降解有机物，氧化剂覆于冰面后可继续降解有机物，同时起到灭菌的作用。在冷冻过程中，向冰面上覆水加入臭氧、双氧水等氧化剂，使得液态高浓度咸水或污水中的大量杂质被氧化处理，提高本方法的处理效率及净化水平。
作为进一步的优先方案：所述步骤(2)中，抽取冰面下液态高浓度电解液或污水的方式为从冰面下的水层或冰水下土壤中或储水池中预埋的暗管抽取。
通过上述技术方案，从冰面下抽取的液态高浓度咸水或污水覆于冰面的方式从冰面下抽取高浓度，之后持续覆于冰面，用于增加冰量，获得更多的净化水。
作为进一步的优先方案：所述步骤(2)中，从冰面下抽取的液态高浓度电解液或污水覆于冰面的深度为每天5cm～30cm。
通过采用上述技术方案，结合对我国北方夜间的温度条件的长期考察实践，根据不同的温度条件，每天可冻结的冰面的深度范围为5cm～30cm，所以每天覆于冰面的深度为5cm～30cm为宜，工艺效率最高。
作为进一步的优选方案：所述步骤(2)中，从冰面下抽取的液态高浓度电解液或污水覆于冰面的方式为雾化喷洒或推流灌溉于冰面。
通过采用上述技术方案，使用覆于冰面的方式为雾化喷洒或推流灌溉于冰面。有利于覆水分布更加均匀，以及提高冷冻效率，加速水体的冻结及排盐排污。
因此，本发明提供的一种高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化净化工艺具有以下优点：
(1)通过利用高纬度地区长期低温的自然条件和水与溶质不共晶的原理，通过人为干预，向高浓度电解质液或污水中添加引导剂，促进杂质的分离和冻结的过程，实现高浓度电解质液或污水的净化。
(2)通过与臭氧法等超级氧化技术相结合，可同时降解高浓度电解质液或污水中的有机物，使得污水中杂质大量被氧化处理，提高处理效率及净化水平。
(3)通过使用喷洒或推流灌溉的方式向冰面覆水，有利于覆水分布更加均匀，以及提高热交换效率，加速水体的冻结及排盐。
(4)本法对原水的水质要求低，对污水中颗粒物有浓缩絮凝效果。可以大量生产淡水，也可用于固定区域的池塘、苦咸水湖及污染湖泊淡化净化。淡化后的冰融化可作为淡水源，同时可以做成流冰状用于供冷。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明做进一步的阐述。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。以下实施例均在自然条件下且温度低于0℃的条件下进行。
实施例1
如图1所示，将本发明提供的高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化工艺应用于处理内蒙古鄂尔多斯大路工业园区的高盐水，包括以下步骤：
(1)该工业园区原水盐度为15000mg/l，向总体积为1吨的污水原水中加入硅酸钠引导剂0.1g，用以增加电解质的穿透性；
(2)由于夜晚温度低于0℃，水面开始地面辐射降温冻结，约30天左右，液面冻结为连续的冰层，电解质液自冰内向冰下混合液处转移；
(3)使用水泵及预置的管将冰面下方的污水进行抽离，采用水循环设备将污水均匀喷洒于冰面，继续在夜间反复冻结；
(4)重复步骤(3)中污水抽离、冻结的过程；
经过3个月的时间，获得大量基本为淡水的冻结冰，剩余浓缩高盐水的体积为原水体积的10％，检测冻结冰的盐度以及剩余的浓缩高盐水盐度。得到2万吨淡水。淡水浓度可以控制在720mg/l，满足灌溉用水的标准。剩余浓缩高盐水的浓度达到90000mg/l。
(5)浓盐水水量已经减少的电解质液继续进行盐结晶处理。
实施例2
本实施例将实施例1中的高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化工艺，应用于处理内蒙古鄂尔多斯三晌梁工业园区的高盐水，该工业园区原水的体积为20万吨，盐度为25000mg/l，与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中向原水中加入的硅酸钠引导剂的含量为0.1g/t，经过3个月的时间，获得大量冻结冰，剩余浓缩高盐水的体积为10万吨，检测冻结冰的盐度可以控制在800mg/l，满足灌溉用水的标准。剩余浓缩高盐水的浓度达到80000mg/l。
实施例3
本实施例将实施例1中的高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化工艺，应用于处理内蒙古鄂尔多斯三晌梁工业园区的高盐水，该工业园区原水的体积为10万吨，盐度为25000mg/l，与实施例2的不同之处在于，步骤(2)中向原水中加入的硅酸钠引导剂的含量为0.2g/t，同时在废水中补充臭氧等氧化剂。经过3个月的时间，获得大量冻结冰，剩余浓缩高盐水的体积2万吨，检测冻结冰的盐度可以控制在730mg/l，cod由293mg/l降低至51mg/l，同时满足灌溉用水的标准及城市污水排放标准1级。剩余浓缩高盐水的浓度达到82000mg/l。
实施例4
本实施例将实施例1中的高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化工艺，应用于处理内蒙古鄂尔多斯三晌梁工业园区的高盐水，该工业园区原水的体积为10万吨，盐度为25000mg/l，与实施例2的不同之处在于：步骤(2)中向原水中加入的硅酸钠引导剂的含量为0.5g/t，同时在废水中补充臭氧等氧化剂；步骤(3)中使用水泵及预设的管将冰面下方的污水抽离后，向抽出的高浓度电解质液中按3ml/m3加入臭氧，反应0.5h后置于冰面上，继续在夜间反复冷冻；重复高浓度电解质液的抽离、臭氧反应以及冻结的过程。
经过3个月的时间，获得大量冻结冰，剩余浓缩高盐水的体积2万吨，检测冻结冰的盐度可以控制在830mg/l，cod由297降低至47mg/l，同时满足灌溉用水的标准及城市污水排放标准1级。剩余浓缩高盐水的浓度达到81000mg/l。
实施例5
本实施例将实施例4中的城市污水的冰面覆水冻结淡化工艺，应用于呼和浩特城市排水的深度处理。该污水体积为2万吨，盐度为420mg/l，cod为97mg/l。与实施例1的不同之处在于：原水是城市污水；步骤(2)中向原水中加入的硅酸钠引导剂的含量与补充臭氧等氧化剂基本相同，不同之处是用预置的地下管进行浓水的抽排，使用水泵将冰面下方的浓缩污水进行抽离，然后置于冰面上，并补充引导剂与氧化剂，继续静置冷冻；重复浓缩污水的抽离、臭氧反应以及冻结的过程。
经过3个月的时间，获得大量冻结冰，抽出浓缩污水体积0.1万吨，检测冻结冰的盐度可以控制在130mg/l，cod由原来的97mg/l降低至27mg/l，满足渔业用水标准，对剩余浓缩水进行去浓缩水处理。
表1是实施例1-实施例5中高浓度电解质液或污水的冻结淡化检测结果：
根据表1的检测结果，可以得出以下结论：
此法不仅可以降低高盐水脱盐与苦咸水淡化，也可以用来进行城市水深度度净化。农田灌溉用水的水质标准中水作和早作的cod标准分别≤150mg/l、200mg/l，用此法处理后的苦咸水与高盐水可以达到农田灌溉用水的标准与渔业用水等回用水的要求，实现劣质水的资源化。
本具体实施方式的实施例均为本发明的优选实施方式，并非依此限制本发明的保护范围，凡依属于本发明思路下所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化净化工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）向高浓度电解液或污水中按固液比0.05～0.5g/t加入引导剂，所述引导剂为硅酸盐；
（2）当经过步骤（1）处理的高浓度电解液或污水的液面在自然条件下冻结为连续的冰层时，将冰面下的液态高浓度电解液或污水抽出覆于冰面，自然条件下静置冷冻；
（3）重复步骤（2），至冰层下剩余的液态高浓度电解液或污水为总量的5%～25%，将浓缩溶液排走；
（4）收集结冻的冰层融化水，即为净化所得的水。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化净化工艺，其特征在于：所述淡水净化工艺在冰面上反复覆水成冰，进行淡水冰与浓缩溶液的分离。
3.根据权利要求1所述的一种高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化净化工艺，其特征在于：所述步骤（2）中，从冰面下抽取的液态高浓度电解液或污水按水中每100克cod加入氧当量20克氧化剂，如臭氧或双氧水后覆于冰面。
4.根据权利要求1所述的一种高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化净化工艺，其特征在于：所述步骤（2）中，抽取冰面下液态高浓度电解液或污水的方式为从冰面下的水层或冰水下土壤中或储水池中预埋的暗管抽取。
5.根据权利要求1所述的一种高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化净化工艺，其特征在于：所述步骤（2）中，从冰面下抽取的液态高浓度电解液或污水覆于冰面的深度为每天5cm～30cm。
6.根据权利要求1所述的一种高浓度电解质液或污水的冰面覆水冻结淡化净化工艺，其特征在于：所述步骤（2）中，从冰面下抽取的液态高浓度电解液或污水覆于冰面的方式为雾化喷洒或推流灌溉于冰面。
技术总结